CN100403064C - 光学部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够很好地控制其设置位置、形状以及尺寸的光学部件及其制造方法。本发明的光学部件(100)包括：具有光学表面(12a)的基体(10)；围绕光学表面(12a)设置的尖状部(24)；以及其至少一部分设置在光学表面(12a)上的光学构件(32)。其中，尖状部(24)包括第一表面以及和所述第一表面成锐角的第二表面。

Description

光学部件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种能良好地控制设置位置、形状和尺寸的光学部件及其制造方法。
背景技术
例如，作为透镜等光学构件的一种制造方法，公知的是向基体上喷吐由液体材料构成的液滴，然后使其固化，制造光学构件。例如，专利文献1中披露了通过使用喷墨头喷吐液滴制造微透镜的方法。根据这种方法，喷吐液滴前，在液滴落点的区域内进行抗湿性处理或吸湿性处理。
但是，根据这种方法，往往很难精密地控制透镜的形状和形成位置。
专利文献1：特開2000-2802号公報(日本专利2000-2802号公报)
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够良好地控制其设置位置、形状和尺寸的光学部件及其制造方法。
(1)本发明的光学部件包括：
具有光学表面的基体；
围绕所述光学表面设置的尖状部；以及
其至少一部分设置在所述光学表面上的光学构件，
其中，所述尖状部包括第一表面以及和所述第一表面成锐角的第二表面，所述光学构件的顶部位于比所述尖状部的尖端高的位置上。
在本申请中，所说的“尖状部”是指尖的部分。所说的“光学表面”是指光入射到光学构件的表面或者光从光学构件发射出去的表面。此外，这里所说的“基体”，是指具有表面的一种物体，在其表面上能够设置所述光学表面，对所述基体本身的形状和功能没有特别的限定。所说的“光学构件”是指具有可改变光的性质和传播方向功能的元件。
另外，所说的“围绕光学表面设置尖状部”，是指在被尖状部围绕的区域内的至少一部分上设置光学表面。
根据本发明的光学部件，由于具有上述构成，因此通过控制所述尖状部的形状和高度等，便可以获得包括很好地控制了设置位置、形状及尺寸的光学构件的光学部件。详细情况将在实施方式中进行说明。
本发明的光学部件可以采取以下(A)～(H)方式。
(A)所述尖状部可以设置在所述基体上。
(B)可以在所述基体的上方设置覆盖层，在所述覆盖层上设置所述尖状部。
(C)所述光学构件的顶部可以位于比所述尖状部的尖端高的位置上。
(D)在所述光学表面的下方可以设置具有光元件功能的部分。
(E)所述光学构件可以具有透镜的功能。
在这种情况下，由所述尖状部的尖端构成圆或椭圆，所述光学构件的截面为圆形或椭圆形，所述光学表面的中心可以与由所述尖状部的尖端构成的圆或椭圆的中心一致。
(F)由所述尖状部的尖端构成圆或椭圆，所述光学构件的截面为圆形或椭圆形，所述光学构件的截面的最大径可以比由所述尖状部的尖端构成的圆或椭圆的最大径大。而且，当由所述尖状部的尖端构成圆时，所述圆的最大径是所述圆的直径，当由所述尖状部的尖端构成椭圆时，所述椭圆的最大径是所述椭圆的长轴。
(G)在所述基体上设置凸部，可以将所述光学表面设置成所述凸部的上表面的至少一部分。
这种情况下，所述凸部能够构成光元件的至少一部分。
(H)所述光学构件的周围填充了密封介质。
(2)本发明的光学部件的制造方法包括以下步骤：
(a)在具有光学表面的基体的上方形成围绕所述光学表面设置的尖状部，此时，所述尖状部包括第一表面以及和所述第一表面成锐角的第二表面；
(b)向所述光学表面喷吐液滴，形成光学构件前身；
(c)使所述光学构件前身固化，形成光学构件，
在所述步骤(c)中，将所述光学构件的顶部形成在比所述尖状部的尖端高的位置上。
根据本发明的光学部件的制造方法，通过在所述步骤(a)中，调整所述尖状部的形状和高度，在所述步骤(b)中，调整所述液滴的喷吐量等，能够形成包括可良好控制设置位置、形状和尺寸的光学构件的光学部件。详细说明将在实施方式中加以说明。
在所述的本发明的光学部件的制造方法中，可以采取以下(A)～(J)方式。
(A)在所述步骤(a)中，能够将所述尖状部形成在所述基体上。
(B)在所述步骤(a)中，可以在所述基体的上方形成覆盖层，在覆盖层上形成所述尖状部。
(C)在所述步骤(c)中，可将所述光学构件的顶部形成在比所述尖状部的尖端高的位置上。
(D)可以在所述光学表面的下方设置具有光元件功能的部分。
(E)在所述步骤(a)中，使所述尖状部的尖端形成圆或椭圆，此时，以所述光学表面的中心与由所述尖状部的尖端构成的圆或椭圆的中心一致的方式形成所述尖状部。
(F)可在所述步骤(a)中，使所述尖状部的尖端形成圆或椭圆，在所述步骤(c)中，所述光学构件的截面的最大径比由所述尖状部的尖端构成的圆或椭圆的最大径大。
(G)可在所述基体上设置凸部，将所述光学表面设置成所述凸部的上表面的至少一部分。
这种情况下，所述凸部可以构成光元件的至少一部分。
(H)所述的光学部件的制造方法还包括步骤(d)，用密封介质对所述光学构件的周围进行填充。
(I)在所述步骤(b)中，所述液滴的喷吐可以通过喷墨法进行。这里所说的“喷墨法”是指使用喷墨头喷吐液滴的方法。不过，这种情况下，喷吐的液滴并不是用于印刷品的所谓的墨，而是包含所述光学构件原料的液体物。根据这种方法，因为能够微量调整所述液滴的喷吐量，所以能够在所述光学表面上简便地设置精密的光学构件前身。
(J)在所述步骤(c)中，通过施加能量使所述光学构件前身固化。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明的第1实施方式的光学部件的截面图。
图2示意性地示出了图1所示的光学部件的平面图。
图3示意性地示出了图1和图2所示的光学部件的一制造步骤的截面图。
图4示意性地示出了图1和图2所示的光学部件的一制造步骤的截面图。
图5示意性地示出了图1和图2所示的光学部件的一制造步骤的截面图。
图6示意性地示出了图1和图2所示的光学部件的一制造步骤的截面图。
图7示意性地示出了图1和图2所示的光学部件的一制造步骤的截面图。
图8示意性地示出了图1和图2所示的光学部件的一制造步骤的截面图。
图9中的图9(a)～图9(c)分别示意性地示出了根据第1实施方式的光学部件的一变形例的截面图。
图10示意性地示出了根据第1实施方式的光学部件的一变形例的截面图。
图11示意性地示出了图10所示的光学部件的一变形例的平面图。
图12示意性地示出了根据第1实施方式的光学部件的一变形例的截面图。
图13示意性地示出了根据第2实施方式的光学部件的截面图。
图14示意性地示出了图13所示的光学部件的平面图。
图15中的图15(a)～图15(d)分别示意性地示出了图13和图14所示的光学部件的一制造步骤的截面图。
图16示意性地示出了根据第2实施方式的光学部件的一变形例的截面图。
图17示意性地示出了根据第2实施方式的光学部件的一变形例的截面图。
图18示意性地示出了根据第3实施方式的光学部件的截面图。
图19示意性地示出了图18所示的光学部件的平面图。
图20中的图20(a)～图20(f)分别示意性地示出了图18和图19所示的光学部件的一制造步骤的截面图。
图21示意性地示出了根据第3实施方式的光学部件的一变形例的截面图。
图22示意性地示出了作为一比较例的光学部件的一制造步骤的截面图。
图23示意性地示出了作为一比较例的光学部件的一制造步骤的截面图。
具体实施方式
下面对照附图就本发明的优选实施例进行说明。
第1实施方式
1.光学部件的构造
图1示意性地示出了适用本发明的一实施方式中的光学部件100的截面图。图2示意性地示出了图1所示的光学部件100的平面图。另外，图1是表示沿图2的A-A线剖开的截面图。
本实施方式的光学部件100包括：具有光学表面12a的基体10；围绕光学表面12a设置的尖状部24；以及设置在光学表面12a上的光学构件32。尖状部24的尖端24c设置在比光学表面12a高的位置上。
此外，在本实施方式的光学部件100中，在基体10的上方设有覆盖层20，在覆盖层20上设有尖状部24。因此，通过围绕光学表面12a设置尖状部24，在光学表面12a上形成开口部22。而且，光学表面12a位于开口部22的底面。
光学构件32可使特定波长的光透射。例如，该光学构件32可以具有对入射光进行聚光、偏光、或分光功能。而且，这里所说的“透射”是指入射到光学构件32上的光入射后，光再从该光学构件32发射出去，不仅包括入射到光学构件32的光所有都从该光学构件32发射出去的情形，还包括入射到光学构件32的光仅有一部分从该光学构件32发射出去的情形。
光学部件100可以是指发光元件或受光元件等的光元件，或者是指不具有光电转换功能的部件(例如微透镜衬底)。后面所述的其他实施方式和实施例中的光学部件与此相同。
下面主要参照图1和图2，就本实施方式的光学部件100的各个结构要素进行说明。
(基体)
基体10的材质可以根据光学部件100的功能来决定。基体10可以采用诸如硅衬底和GaAs衬底等的半导体衬底、玻璃衬底以及塑料衬底等。
(凸部)
在本实施方式的光学部件100中，如图1和图2所示，将圆柱状的凸部12设置在基体10上。当光学部件100为光元件时，该凸部12可以构成光元件的至少一部分。
另外，凸部12可以与基体10整体形成。这种情况下，凸部12和基体10可由同一种材料形成。而且，这种凸部12，例如，可通过在基体10上形成图案的方式形成。
或者，可以通过在基体10上设置其他的构件形成凸部12。例如，可以通过在基体10上设置光元件形成凸部12(参照下面描述的实施例2)。或者，可以使用光刻法或冲压法等方法在基体10上设置凸部12。
(凸部上表面的形状)
光学构件32(将在下面描述)的形成是采用向光学表面12a喷吐液滴，形成光学构件前身(将在下面描述)后，再使该光学构件前身固化的方法形成的。
此外，在本实施方式中，开口部22的底面是凸部12的上表面，而且，示出了光学表面12a是凸部12的上表面的情况。虽然没有图示，但光学表面可以是凸部上表面的至少一部分。此外，虽然没有图示，但光学表面可以是开口部的底面的至少一部分。
开口部22的底面(光学表面12a)的形状由形成在该底面12a上的光学构件32的功能和用途决定，以及当凸部12作为光元件的至少一部分发挥作用时，由光元件的形状和功能决定。也就是说，开口部22的底面12a的形状是决定光学构件32的形状的一个要素。在本实施方式的光学部件100中，示出了开口部22的底面12a为圆形的情况，但开口部22的底面12a的形状并不局限于此，例如可以是椭圆形。
光学构件32可以作为透镜发挥作用。这种情况下，由尖状部24的尖端24c构成圆或椭圆，光学构件32的截面为圆或椭圆，最好光学表面12a的中心与由尖状部24的尖端24c构成的圆或椭圆的中心是一致的。这种结构也同样适用于后面所述的实施例和实施方式。例如，在本实施方式中，如图2所示，由尖状部24的尖端24c构成圆，光学构件32的截面为圆形，光学表面12a的中心与由尖状部24的尖端24c构成的圆的中心是一致的。
此外，这种情况下，使开口部22的底面12a为圆形，并且，如图1所示，可以将光学构件32的大小制成其顶部32c位于比尖状部24的高的位置上。因此，可以将在光学构件32中位于尖状部24上部的立体形状制成圆球状或部分切除的圆球状，并可将得到的光学构件32作为透镜或偏光元件使用。
另外，这里虽然没有给出图示，但例如将光学构件作为各向异性透镜使用时，将开口部22的底面12a的形状制成椭圆形，并且，将光学构件的大小制成其顶部位于比尖状部高的位置上。因此，可将光学构件制成椭圆球状或者部分切除的椭圆球状，可将所得到的光学构件作为各向异性透镜使用。
(光学表面)
光学表面12a设置在基体10上。而且，光学表面12a被设成开口部22的底面的至少一部分。如前所述，在本实施方式的光学部件100中，如图1和图2所示，示出了开口部22的底面为光学表面12a的情况。
此外，当凸部12设置在基体10上时，可将光学表面12a设成凸部12的上表面。如前所述，在本实施方式的光学部件100中，如图1和图2所示，示出了开口部22的底面为凸部12的上表面，光学表面12a为凸部12的上表面的情况。
而且，当光学部件100为光元件时，可在光学表面12a的下方设置具有光元件功能的部分。
(光学构件)
光学构件32设置在光学表面12a上。而且，如图1所示，光学构件32的一部分设置在开口部22内。可以在光学表面12a上设置光学构件32的至少一部分。此外，光学构件32的至少一部分可以设置在开口部22内。
(立体形状)
如本实施方式中的光学部件100那样，在基体10上设置凸部12，并且，如图1和图2所示，当作为凸部12的截面，即光学构件32的截面为圆形时，可将光学构件32的截面的最大径(直径)d1设成比由尖状部24的尖端24c构成的圆的最大径(直径)d2大。而且，光学构件32的顶部32c位于比尖状部24的尖端24c高的位置上。
光学构件32具有满足其用途和功能要求的立体形状。关于光学构件32的立体形状，将在“基体”一项中一并说明，故在此省略其详细说明。
(材质)
关于光学构件32的形成方法，例如，通过对可固化的液体材料施加热或者光等的能量，使其固化而形成。具体地说，在本实施方式中，是采用向光学表面12a喷吐由所述液体材料构成的液滴，形成光学构件前身(将在后面描述)后，再使该光学部件前身固化形成光学构件32。
作为所述液体材料，例如，可采用紫外线固化型树脂和热固化性树脂的前身。作为紫外线固化型树脂，例如，可采用的有紫外线固化型的丙烯树脂和环氧树脂。另外，作为热固化性树脂可采用是热固化性的聚酰亚胺树脂。
(覆盖层)
覆盖层20设置在基体10的上方。在本实施方式的光学部件100中，覆盖层20上设置尖状部24，尖状部24围绕光学表面12a设置。而且，通过围绕光学表面12a设置尖状部24，在光学表面12a上形成开口部22。换言之，尖状部24的表面的一部分构成开口部22的侧壁。
如图1所示，尖状部24具有第1表面24a和第2表面24b。尖状部24的第1表面24a(在尖状部24的表面中没有构成开口部22的侧壁的部分)有倾斜度。具体地说，该尖状部24的第1表面24a随着其与开口部22越远，其与基体10的距离变得越小。也就是说，在形成尖状部24的区域中，覆盖层20的膜厚(包含尖状部24的膜厚)随着其与开口部22越远而变得越小。而且，尖状部24的第2表面24b构成开口部22的侧壁。第1表面24a和第2表面24b的交点是尖端24c。
此外，如本实施方式的光学部件100一样，当在基体10上设置凸部12时，能够将开口部22设置在凸部12的上表面(光学表面)12a上。
覆盖层20的材质没有特别的限定，诸如可以是树脂、氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层等的绝缘性好的材质。例如，当覆盖层20由树脂构成时，该树脂可以采用聚酰亚胺树脂、丙稀树脂、环氧树脂、或含氟树脂。
(尖状部的变形例)
图9(a)～图9(c)示出了尖状部的变形例。图9(a)～图9(c)分别示意性地示出了改变图1所示的光学部件100的尖状部24的形状的变形例的截面图。而且，在图9(a)～图9(c)中，省略了光学构件的图示。在图9(a)～图9(c)中，覆盖层20的膜厚在远离尖状部的区域上几乎是固定的，在覆盖层20的膜厚几乎固定的区域中的覆盖层20的上表面作为基准面X。
在图9(a)所示的变形例中，尖状部34围绕光学表面12a设置在覆盖层20上。尖状部34的尖端34c的位置在基准面X的上方。该尖状部34具有第1表面34a和第2表面34b。其中，第1表面34a构成覆盖层20的上表面20a的一部分，第2表面34b构成开口部32的侧壁。而且，第1表面34a和第2表面34b的交点是尖状部34的尖端34c。此种情况后面所述的其他变形例也是一样。
此外，第1表面34a和第2表面34b所形成的夹角θ1是锐角。因此，可将光学构件稳定地设置在开口部32上。而且，向光学表面12a喷吐液滴形成光学构件前身，使该光学构件前身固化形成光学构件时，尖状部34的第1表面34a难以被液滴浸湿。因此，与如图1和图2所示的光学部件100相同，可在比尖状部34的尖端34c高的位置上形成具有顶部的光学构件。这种情况下，将光学构件的截面最大径制作得比由尖状部34的尖端34c构成的圆的最大径大。这种情况，图9(b)和图9(c)所示的变形例也是一样。
在图9(b)所示的变形例中，尖状部44围绕光学表面12a设置在覆盖层20上。尖状部44的尖端44c的位置在基准面X的上方。该尖状部44具有第1表面44a和第2表面44b。其中，第1表面44a构成覆盖层20的上表面20a的一部分，第2表面44b构成开口部42的侧壁。而且，第1表面44a和第2表面44b所形成的夹角θ2是锐角。因此，可将光学构件稳定地设置在开口部42上。而且，与图1和图2所示的光学部件100相同，可在比尖状部44的尖端44c高的位置上形成具有顶部的光学构件。这种情况下，将光学构件的截面最大径制作得比由尖状部44的尖端44c构成的圆的最大径大。而且，开口部42的直径随着与开口部42的底面(凸部12的上表面12a)的距离越远而变得越大。
在图9(c)所示的变形例中，尖状部54围绕光学表面12a设置在覆盖层20上。尖状部54的尖端54c的位置在基准面X的上方。该尖状部54具有第1表面54a和第2表面54b。其中，第1表面54a构成覆盖层20的上表面20a的一部分，第2表面54b构成开口部52的侧壁。而且，第1表面54a和第2表面54b所形成的夹角θ2是锐角，第1表面54a和光学表面12a所形成的夹角近似直角。因此，可将光学构件稳定地设置在开口部52上。而且，与图1和图2所示的光学部件100相同，可在比尖状部54的尖端54c高的位置上形成具有顶部的光学构件。这种情况下，将光学构件的截面最大径制作得比由尖状部54的尖端54c构成的圆的最大径大。而且，开口部52的直径随着与开口部52的底面(凸部12的上表面12a)的距离越远而变得越大。
2.光学构件的制造方法
下面，围绕图1和图2所示的光学部件100的制造方法，参照图3～图8进行说明。图3～图8分别示意性地示出了图1和图2所示的光学部件100的一个制造步骤的截面图。
(1)首先，在基体10上形成凸部12(参照图3)。可以通过将基体10制作图案形成凸部12，也可以通过在基体10上设置光元件形成凸部12。当通过将基体10制作图案形成凸部12时，可以根据基体10的材质和形状以及尺寸大小，来选择适当的方法(例如，选择生长法、干式蚀刻法、湿式蚀刻法、光敏蚀刻法及复制法等)。
(2)接着，在基体10上层压覆盖层20(参照图4)。这里，层压覆盖层20以使凸部12的上表面(光学表面)12a被覆盖层20覆盖。此外，最好覆盖层20的膜厚与凸部12的高度几乎相同或者小于凸部12的高度。
例如，当覆盖层20的材质是树脂时，可以采用诸如旋涂法、浸渍法、喷墨法等方法形成覆盖层20。这种情况下，通过调整树脂的粘度和涂法，能够控制层压在光学表面12a上的树脂形状。此外，覆盖层20的材质由氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层构成时，能够使用诸如CVD法层压覆盖层20。
(3)接着，在覆盖层20上形成尖状部24(参照图5和图6)。
尖状部24可以通过诸如以下方法形成。首先，通过公知的光刻法工艺形成特定图案的保护层R1(参照图5)。如图5所示，该保护层R1在光学表面12a的上方具有开口部92。接着，以该保护层R1作为掩膜，对覆盖层20制作图案。因此，尖状部24围绕光学表面12a形成在覆盖层20上。而且，通过形成该尖状部24，在光学表面12a上形成开口部22(参照图6)。接着，除去该保护层R1。
这里，通过控制开口部92的形状和大小，能够控制开口部22的形状和大小。而且，也能够根据凸部12的高度、层压在光学表面12a上的覆盖层20的厚度和形状、以及制作图案时的条件，控制尖状部24和开口部22的形状和大小。
(4)接着，形成光学构件32(参照图7和图8)。具体地说，向光学表面12a喷吐用于形成光学构件32的液体材料的液滴32b，形成光学构件前身32a。如上所述，所述液体材料具有经给予能量13可固化的性质。
作为液滴32b的喷吐方法，例如，可采用分散法(dispenser)或者喷墨法。用分散法喷吐液滴的方法是通常采用的方法，对于较大范围喷吐液滴32b有效。另外，喷墨法是使用喷墨头喷吐液滴的方法。关于喷吐液滴的位置，可以μm为单位来控制。喷吐的液滴数量可以微微米为单位来控制，因此，能够制作出构造精密的光学构件32。图7示出了由喷墨头120的喷嘴112向光学表面12a喷吐液滴32b的步骤。
光学构件前身32a的大小可通过调整液滴32b的喷吐量来控制。此外，如图8所示，调整液滴32b的喷吐量以使光学构件前身32a的顶部32c位于比尖状部24的尖端24c高的位置上。
而且，在喷吐液滴32b前，根据需要，可通过对开口部22的底面(光学表面12a)和侧壁进行吸湿性处理或者抗湿性处理，便可以控制对液滴32b的浸润性。因此，能够形成具有特定形状及尺寸的光学构件32。
接着，使光学构件前身32a固化，形成光学构件32(参照图8)。具体地说，对光学构件前身32a给予热或光的能量13等。在使光学构件前身32a固化时，要根据所述液体材料类型，采用适当的方法。例如，可采用给予热能或者用紫外线或者用激光等的光照射方法。通过以上制造步骤，便可获得包括光学构件32在内的光学部件100(参照图1和图2)。
3.作用效果
关于本实施方式的光学部件以及其制造方法具有以下作用效果。
(1)第一，可以获得包括其形状及尺寸均满足要求的光学构件32的光学部件100。
关于上述的作用效果参照附图进行详细说明。首先，在详细描述本实施方式的作用效果之前，就光学构件的通常制造方法，参照图22和图23进行说明。图22示意性地示出了光学构件的通常制造方法的截面图，图23示意性地示出了特願2002-55893号(日本专利2002-55893号)记载的光学构件的制造方法的截面图。
(a)光学部件的通常制造方法
作为光学构件的一种制造方法，众所周知的是向基体10上喷吐液体材料，形成光学构件前身后，使该光学构件前身固化，而获得光学构件的方法。该方法可以用于制造设置在微透镜衬底上的微透镜。
图22是表示将形成光学构件的液体材料喷在基体10上的状态截面图。具体地说，图22是使所述光学构件形成前的状态，即是表示将由液体材料构成的光学构件前身82a设置在基体10上的状态。
在图22中，如果设γS为基体10的表面张力、设γL为液体材料(光学构件前身)的表面张力、设γSL为基体10与液体材料的界面张力、设液体材料对于基体10的接触角为θA，则γS，γL，γSL，之间的关系，可用下列公式表示：
γS＝γSL+γLcosθA    (1)
在图22中，由液体材料形成的光学构件前身82a的曲率受到了公式(1)的接触角θA的限制。也就是说，光学构件前身82a固化后，获得的光学构件的曲率主要取决于基体10及所述液体材料的材质。光学构件的曲率是决定光学构件形状的一个重要因素。因此，该制造方法很难控制所形成的光学构件的形状。
而且，在这种情况下，虽然这里没有图示，但在基体10表面10a上的特定位置形成调整浸润角的膜以后，再通过喷吐液体材料的液滴，使得液体材料的接触角θA增大的方法是人们所熟知的。利用这种方法，可在某种程度上控制光学构件的形状。但是，要想通过形成这种调整浸润角的膜，控制光学构件的形状是有限的。
(b)特願2002-55893号记载的光学部件的制造方法
特願2002-55893号记载的方法是，作为制造光学构件的方法之一，向凹部喷吐液体材料形成光学构件前身后，使该光学构架前身固化获得光学构件。
图23示意性地示出了特愿2002-55893号记载的光学部件的制造方法，是用于形成光学构件的液体材料被喷吐在凹部922上的状态的截面图。具体地说，图23示出了使光学构件前身固化前的状态，也就是说，示出了由液体材料构成的光学构件前身92a被设置在基体10上的状态。
根据该制造方法，通过向凹部922喷吐液体材料形成光学构件前身92a后，使其固化获得光学构件，从而能够控制形成光学构件的位置。不过，在该制造方法中，与上述(a)所示的方法相同，不容易控制形成的光学构件的曲率和形状。
(c)根据本实施方式的光学部件的制造方法。
针对上述缺欠，本实施方式的光学部件的制造方法，如图1所示，围绕光学表面12a设置尖状部24。因此。在光学构件32的形成步骤中，至少在光学表面12a上形成光学构件前身32a的时候，只要尖状部24的第1表面24a不因光学构件前身32a而浸湿，第1表面24a的表面张力就不会作用于光学构件前身32a，主要是光学构件前身32a的表面张力起作用。因此，通过调整用于形成光学构件前身32a的液滴32b的喷吐量，就能控制光学构件前身32a的形状。进而，就可以获得具有满意的形状和尺寸的光学构件32。
尤其是，能够形成的光学构件32，其截面的最大径d1形成得比由尖状部24的尖端24c构成的圆的最大径d2大。因此，能够形成具有更大曲率的光学构件32。
(2)第二，可以精密控制光学构件32的大小和形状。也就是说，通过控制液滴32b的喷吐量控制光学构件32的形状。因此，能够获得包含形状和大小均满意的光学构件32的光学部件100。
(3)第三，通过围绕光学表面12a设置尖状部24，可稳定光学构件32，并设置在光学表面12a上。也就是说，光学构件32不仅与开口部22的底面(光学表面12a)连接，还与尖状部24的第2表面24b(开口部22的侧壁)连接，所以，光学构件32难以从开口部22上脱落。因此，能够获得光学构件32与开口部22的底面及侧壁的连接部分机械强度优良的光学部件100。
(4)第四，能够在形成光学构件32时容易就位，并且，精密控制光学构件32的设置位置。如前所述，在向光学表面12a喷吐液滴32b形成光学构件前身32a后，使该光学构件前身32a固化形成光学构件32(参照图7和图8)。一般情况下，如图22所示，仅向基体上喷吐液滴，难以精密控制液滴的落点位置。
不过，根据本实施方式的光学部件的制造方法，使液滴落在被尖状部24围绕的区域内，形成光学构件前身32a。因此，不必进行严密地就位控制，就能形成光学构件32。因此，能够容易地得到设置位置受到控制的光学构件32。
4.实施例
下面，就采用上述实施方式的实施例进行说明。根据本实施例的光学部件，能够起到和上述实施方式的光学部件200相同的作用和效果。
实施例1的光学部件110，其凸部(柱状部)130与半导体衬底101和第1反射器102的一部分作为一个整体形成，实施例2的光学部件150，其通过在基体10上设置的光元件90构成凸部。
(实施例1)
图10示意性地示出了实施例1涉及的光学部件110的截面图，图11示意性地示出了图10所示的光学部件110的平面图。
在本实施例中，示出了光学部件110为表面发光型发光元件(表面发光型半导体激光器)时的情况。在该光学部件110中，在光学表面108的下方设置发光元件(表面发光型半导体激光器)，凸部130构成该发光元件的一部分。
如图10和图11所示，该光学部件110包括：由n型GaAs构成的半导体衬底101和形成在半导体衬底101上的垂直谐振器(以下称作“谐振器”)140。该谐振器140包括柱状的半导体沉积体(以下称作“柱状部”)。该柱状部130相当于实施方式的光学部件100中的“凸部”。而且，如图10所示，在本实施例中，包含半导体衬底101和柱状部130的谐振器140相当于实施方式的光学部件100中的“基体”。
在表面发光型半导体激光器等的发光元件和光电二极管等的受光元件中，和本实施例的光学部件110一样，柱状部设置在衬底上，该柱状部的上表面设有具有光学表面的元件。在这种元件中，将该柱状部作为本发明中的凸部利用，从而能够适用本发明。通过在这种元件中适用本发明，能够通过简单的方法获得易于控制的光学构件。
该光学部件110包括光学表面(发射面)108和其至少一部分设置在光学表面108上的光学构件132。光学构件132由和实施方式中的光学构件32相同的材质构成，并且，用相同的制造方法形成。光学构件132作为透镜发挥作用。
光学表面108设成柱状部130的上表面的一部分。在本实施例的光学元件110中，激光从该光学表面108发射出去。而且，在该光学部件110中，在柱状部130的上表面中没有被第1电极107覆盖的部分相当于光学表面108。
而且，尖状部124围绕光学表面108设置在覆盖层(绝缘层)106上。通过尖状部124围绕光学表面108设置，在光学表面108上形成开口部222。而且，开口部222设在凸部130的上面，光学表面108设置成开口部222底面的一部分。此外，光学构件132的一部分设在开口部222内。
下面就构成谐振器140的各要素进行说明。
凸部(柱状部)130是谐振器140的一部分，称作至少包含第2反射器104的柱状的半导体沉积体。该凸部130因覆盖层106而被覆盖。也就是说，凸部130的侧面被覆盖层106包围。而且，在凸部130上形成第1电极107。
谐振器140由例如n型Al0.9Ga0.1As层和n型Al0.15Ga0.85As层交互层压的40对分布反射型多层膜反射器(以下称作“第1反射器”)102、由GaAs势阱层和Al0.3Ga0.7As屏蔽层构成并包含三层势阱层的量子井结构的活性层103、以及p型Al0.9Ga0.1As层和p型Al0.15Ga0.85As层交互层压的25对分布反射型多层膜反射器(以下称作“第2反射器”)104依次层压构成。并且，构成第1反射器102、活性层103和第2反射器104的各层的组成和层数并不受此限定。
第2反射器104通过掺杂例如C被制成p型，第1反射器102通过掺杂例如Si被制成n型。因此，由第2反射器104、不掺杂杂质的活性层103和第1反射器102形成pin二极管。
另外，从表面发光型发光元件110的激光发射出去的一侧到第1反射器102的途中的谐振器140中的部分，从激光发射出去的一侧观察被蚀刻成圆形，形成柱状部分130。此外，在本实施方式中，将凸部130的平面形状制成圆形，但这个形状也可以是任意的。
在构成第2反射器104的层中的靠近活性层103的区域上形成由氧化铝作为主要成分构成的电流狭窄层105。该电流狭窄层105呈环状。也就是说，该电流狭窄层105用与光学表面108平行的面剖开时所得的截面是同心圆的形状。
此外，在该光学部件110中，形成覆盖层106，以覆盖凸部130的侧面和第1反射器102的上表面。
此外，在凸部130和绝缘层106的上面形成第1电极107。接着，在凸部130的上表面的中央部位设有未形成第1电极107的部分。该部分是光学表面108。该光学表面108作为激光的发射面。第1电极107由例如Au和Zn的合金与Au的层压膜构成。
而且，在半导体衬底101的背面形成第2电极109。也就是说，在图10和图11所示的光学部件110中，在凸部130上与第1电极107连接，并且在半导体衬底101的背面与第2电极109连接，通过该第1电极107和第2电极109，电流被注入活性层103上。第2电极109由例如Au和Ge的合金与Au的层压膜构成。
用于形成第1电极107和第2电极109的材料并不局限于前面所述的材料，也可以采用Ti和Pt等的金属以及这些金属的合金等。
在该光学部件110的制造步骤中，用和上述实施方式相同的方法形成凸部130和覆盖层106。而且，也用和上述实施方式中的尖状部24(参照图1)相同的方法形成尖状部124。接着，分别在凸部130的上表面和覆盖层106的上表面形成第1电极107，在半导体衬底101的背面(在半导体衬底101中，和设置谐振器140的面相反的面)形成第2电极109。一般情况下，形成这些电极的时候，要在约400℃的环境下进行退火处理(参照下面所述的步骤)。因此，利用树脂形成覆盖层106时，为了能够承受住该退火处理，构成覆盖层106的树脂需要具有优良的耐热性。为了满足这个要求，构成覆盖层106的树脂优选聚酰亚胺树脂、含氟树脂、丙稀树脂、或者环氧树脂等，尤其从易加工和绝缘性方面考虑，优选聚酰亚胺树脂或含氟树脂。此外，在覆盖层106上以树脂作为原材料形成光学构件132的时候，和该树脂的接触角越大，越容易控制透镜的形状，从这个方面考虑，覆盖层106优选由聚酰亚胺树脂或含氟树脂构成。这种情况下，覆盖层106通过热或光等的能源照射固化，或者通过化学反应固化树脂前身而形成。
(实施例2)
图12示意性地示出了实施例2的光学部件150的截面图。
在本实施例中的光学部件150中，在衬底410上设置光元件90。也就是说，在该光学部件150中，由光元件90构成“凸部”，由衬底410和光元件90构成“基体”。该光元件90为发光元件或受光元件，光从该光学表面118发射出去，或者光入射到该光学表面118。
在该光学部件150中，尖状部24和光学构件32能够具有和上述实施方式的光学部件100相同的构成，通过相同的制造方法形成。
第2实施方式
1.光学部件的构造
图13示意性地示出了适用本发明的一实施方式的光学部件200的截面图。图14示意性地示出了图13所示的光学部件200的截面图。此外，图13是沿图14的A-A线剖开的截面图。
本实施方式的光学部件200，在设置光学构件的凸部没有形成在基体10上这一点上，和第1实施方式的光学部件100(参照图1和图2)具有不同的构成。也就是说，在该光学部件200中，光学构件232设置在基体10上。其他的构成要素，和第1实施方式的光学部件100相同。因此，在本实施方式的光学部件200中，对和光学部件100相同的构成要素，标记与第1实施方式的各构成要素相同的附图标记，在此省略对此的详细说明。
本实施方式的光学部件200包括：具有光学表面208的基体10，围绕光学表面208设置的尖状部64，以及其至少一部分位于光学表面208上的光学构件232。尖状部64的尖端64c设置在比光学表面208高的位置上。
此外，在本实施方式的光学部件200中，在基体10上设置覆盖层220，在覆盖层220上设置尖状部64。这样，通过围绕光学表面208设置尖状部64，在光学表面208上形成开口部122。此外，光学表面208位于开口部122的底面。覆盖层220和光学构件232能够由和第1实施方式的覆盖层20和光学构件32相同的材质形成。
尖状部64具有第1表面64a和第2表面64b。第1表面64a和第2表面64b的交点是尖状部64的尖端64c。第1表面64a构成覆盖层220的上表面220a的一部分，而且，第2表面64b构成开口部122的侧壁的一部分。
光学表面208可设成开口部122的底面的至少一部分。而且，尖状部64作为在第1实施方式和其变形例中可以采用的形状。
光学构件232其一部分设在开口部122内。光学构件232的顶部232c形成在比尖状部64的尖端64c高的位置上。
2.光学部件的制造方法
下面，参照图15(a)～图15(d)，就图13和图14所示的光学部件200的制造方法进行说明。图15(a)～图15(d)分别示意性地示出了图13及图14所示的微透镜衬底200的一个制造步骤的截面图。
(1)首先，在基体10上层压覆盖层220(参照图15(a))。这里，覆盖层220的膜厚是决定尖状部64的高度的一个要素，所以最好从最终得到的尖状部64的高度上考虑，决定覆盖层220的膜厚。接着，通过公知的光刻法在覆盖层220上形成特定图案的保护层R2。
(2)接着，将该保护层R2作为掩膜，通过将覆盖层220制作图案，形成凸部222(参照图15(b))。这里，通过在中途除去覆盖层220而结束图案制作，从而能够形成凸部222。该凸部222至少设置在光学表面208的上方。
这里，通过调整保护层R2的烘干条件和曝露条件，使该凸部222的侧壁222b形成正锥体的形状(参照图15(b))。这里，也就是说，在和光学表面208平行的面中的凸部222的截面越靠近基体10变得越大。这样，通过将该凸部222的侧壁222b形成正锥体的形状，在后面所述的步骤中形成的尖状部64的第1表面64a和第2表面64b所形成的夹角θ4可以为锐角。接着除去该保护层R2。
(3)然后，通过公知的光刻法将特定的图案的保护层R2’形成在覆盖层220上(参照图15(c))。该保护层R2’在凸部220的上表面222a上具有开口部322。
(4)接着，将该保护层R2’作为掩膜，对凸部222制作图案，形成开口部122。这里，形成开口部122以形成尖状部64(参照图15(d))。接着除去该保护层R2’。
尖状部64包括第1表面64a和第2表面64b。第1表面64a和第2表面64b所形成的夹角θ4为锐角。而且，形成开口部122使其底面的至少一部分包含光学表面208。
(5)接着，形成光学构件132。光学构件132可以用和第1实施方式的光学构件32相同的方法制造。
通过以上步骤，能够获得包含光学构件132的光学部件200(参照图13和图14)。
而且，在本实施方式的光学部件的制造方法中，示出了通过光刻法形成覆盖层220的情况，当覆盖层220的材质例如为树脂时，利用冲压等方法，可以形成特定图案的覆盖层。
3.作用效果
根据本实施例的光学部件，具有和第1实施方式的光学部件相同的作用和效果。
4.实施例
下面对使用本实施方式的实施例进行说明。根据本实施例的光学部件，具有和上述实施方式的光学部件相同的作用和效果。
实施例3的光学部件201是将本实施方式适用在微透镜衬底上而得到的，实施例4的光学部件202是将本实施方式适用在光元件上而得到的。
(实施例3)
图16示意性地示出了实施例3的光学部件201的截面图。在本实施例中，示出了当光学部件201为微透镜衬底时的情况。
如图16所示，在光学部件201上设置多个光学构件232。构成本实施例的光学部件201的光学构件232与构成本实施方式的光学部件200的光学构件232具有相同的构成。
本实施例的光学部件(微透镜衬底)201被设置在诸如液晶显示面板的象素部、固体摄像装置(CCD)的受光面、光纤的光结合部上。对此，其他实施方式适用于微透镜衬底的情况也同样。
(实施例4)
图17示意性地示出了实施例4的光学部件202的截面图。该光学部件202包括具有光学表面218的衬底410和设置在光学表面218上的光学构件232。在该光学部件202中，在光学表面218的下方设置光元件190。具体地说，光元件190被埋入衬底410内。该光元件190可以是发光元件或受光元件。
第3实施方式
1.光学部件的构造
图18示意性地示出了适用本发明的一实施方式的光学部件300的截面图。图19示意性地示出了图18所示的光学部件300的平面图。而且，图18是图19的A-A线剖视图。
本实施方式的光学部件300在不设置凸部和覆盖层以及在基体310上形成尖状部74这两点上，具有和第1实施方式的光学部件100(参照图1和图2)不同的构成。其他的构成要素和第1实施方式的光学部件100相同。因此，在本实施方式的光学部件300中，对和光学部件100相同的构成用和第1实施方式的各构成要素相同的附图标记标注，在此省略对其的详细说明。
本实施方式的光学部件300包括：具有光学表面308的基体310，围绕光学表面308设置的尖状部74，以及其至少一部分设置在光学表面308上的光学构件332。尖状部74的尖端74c位于比光学表面308高的位置上。
此外，在本实施方式的光学部件300中，尖状部74具有第1表面74a和第2表面74b。在尖状部74中，第1表面74a和第2表面74b的交点是尖端74c。第2表面74b构成凹部322的侧壁的一部分。而且，光学表面308设置在凹部322的底面上。此外，在该光学部件300中，可以在凹部322的底面的一部分上设置光学表面308。
尖状部74可以采用第1实施方式和其变形例示出的形状。此外，光学构件332由和第1实施方式的光学构件32相同的材质构成。而且，基体310的材质可以采用在第1实施方式中作为基体10的材质示出的材料。
2.光学部件的制造方法
下面，就图18和图19所示的光学部件300的制造方法，对照图20(a)～图20(f)进行说明。图20(a)～图20(f)分别示意性地示出了图18和图19所示的光学部件300的一制造步骤的截面图。
(1)首先，通过公知的光刻法在基体10上层压特定图案的保护层R3(参照图20(a))。这里，保护层R3形成在至少设置尖状部74和开口部322的区域上。
(2)接着，将该保护层R3作为掩膜。对基体310制作图案，形成凸部212(参照图20(b))。制作图案的方法根据基体310的材质适当决定。例如，当基体310为玻璃衬底时，可以采用基于氟酸的湿式蚀刻法、基于离子束的蚀刻、基于激光的精密加工、磨蚀法等方法。其中，对比较大的面积制作图案时磨蚀法比较有效。磨蚀法是通过将粒子直径为一μm至几十μm微粒子刮到加工物上进行蚀刻的加工方法。作为应用在磨蚀法上的微粒子可以是SiC、AlO2等。
(3)接着，在基体310上层压保护层R4(参照图20(c))。这里，保护层R4至少覆盖凸部212的上表面212a。
(4)接着，在凸部212的上表面212a上形成开口部922(参照图20(d))。这里，通过调整保护层R4的烘干条件和曝露条件，也就是说，在越靠近开口部922的上部，开口部922的直径呈越大的形状。
(5)接着，一边使保护层R4后退，一边等面积地蚀刻保护层R4和基体310(参照图20(e))。基于此，凸部212被蚀刻，在基体310上形成凹部322，同时围绕光学表面308形成尖状部74。这里，凹部322的形状和大小是决定光学构件332的截面的形状和大小的一要素。
(6)接着，除去保护层R4(参照图20(f))。
(7)接着，形成光学构件332(参照图18)。光学构件332可以用与第1实施方式的光学构件32相同的方法制造。
通过以上步骤，能够获得包含光学构件332的光学部件300(参照图18和图19)。
3.作用效果
根据本实施方式的光学部件，具有与第1实施方式的光学部件相同的作用和效果。
4.变形例
下面，就应用上述本实施方式的变形例对照图21进行说明。根据本变形例的光学部件301，能够具有和上述本实施方式的光学部件300相同的作用和效果。
如图21所示，本变形例的光学部件301是将密封介质320填充在上述本实施方式的光学部件300的周围而得到的。密封介质320最好由折射率比构成光学构件332的材质小的材料构成。密封介质320的材质并不特别限定。而且，即使在上述的其他实施方式的光学构件中，也是一样，根据需要，可以用密封介质填充光学构件的周围。
本发明不限于上述实施方式，可以进行各种变形。例如，本发明包括与本实施方式中说明的构成实质上相同的构成(例如，功能、方法以及结果相同的构成，或者目的及结果相同的构成)。另外，本发明还包括可以置换在实施方式中描述的非本质性构成的部分。本发明还包括与本实施方式中说明的构成具有相同作用效果的构成或者能够达到同样目的的构成。而且，本发明还包括在本实施方式说明的构成中附加公知技术的构成。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
附图标记说明
10，310基体
10a基体表面
12，130，212，222凸部
12a光学表面(凸部的上表面)
13能量
20，106，220覆盖层
20a，220a覆盖层的上表面；
22，32，42，52，92，122，222，322，922开口部
24，34，44，54，64，74，124尖状部
24a，34a，44a，54a，64a，74a尖状部的第1表面
24b，34b，44b，54b，64b，74b尖状部的第2表面
32，132，232，332光学构件；
32a光学构件前身
32b液滴
32c，232c  光学构件的顶部
24c，34c，44c，54c，64c，74c尖状部的尖端
90，190光元件
100，110，150，200，201，202，300，301光学部件
101半导体衬底
102第1反射器
103活性层
104第2反射器
105氧化狭窄层
107第1电极
108，118，208，218，308发射面
109第2电极
112喷嘴
120喷墨头
140谐振器
222a 凸部的上表面
222b 凸部的侧壁
320密封介质
322凹部
410衬底
R1，R2，R2’，R3，R4保护层

Claims (21)

1.一种光学部件，包括：
具有光学表面的基体；
围绕所述光学表面设置的尖状部；以及
其至少一部分设置在所述光学表面上的光学构件，
其中，所述尖状部包括第一表面以及和所述第一表面成锐角的第二表面，
所述光学构件的顶部位于比所述尖状部的尖端高的位置上。
2.根据权利要求1所述的光学部件，其中，
所述尖状部设置在所述基体上。
3.根据权利要求1所述的光学部件，其中，
在所述基体的上方设置覆盖层，
在所述覆盖层上设置所述尖状部。
4.根据权利要求1所述的光学部件，其中，
在所述光学表面的下方设置具有发光元件或受光元件功能的部分。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学部件，其中，
所述光学构件具有透镜的功能。
6.根据权利要求5所述的光学部件，其中，
由所述尖状部的尖端构成圆或椭圆，
所述光学构件的截面为圆形或椭圆形，
所述光学表面的中心与由所述尖状部的尖端构成的圆或椭圆的中心一致。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的光学部件，其中，
由所述尖状部的尖端构成圆或椭圆，
所述光学构件的截面为圆形或椭圆形，
所述光学构件的截面的最大径比由所述尖状部的尖端构成的圆或椭圆的最大径大。
8.根据权利要求4所述的光学部件，其中，
在所述基体上设置凸部，
所述光学表面设置成所述凸部的上表面的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的光学部件，其中，
所述凸部构成所述发光元件或受光元件的至少一部分。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的光学部件，其中，
所述光学构件的周围填充了密封介质。
11.一种光学部件的制造方法，包括以下步骤：
(a)在具有光学表面的基体的上方形成围绕所述光学表面设置的尖状部，此时，所述尖状部包括第一表面以及和所述第一表面成锐角的第二表面；
(b)向所述光学表面喷吐液滴，形成光学构件前身；
(c)使所述光学构件前身固化，形成光学构件，
在所述步骤(c)中，将所述光学构件的顶部形成在比所述尖状部的尖端高的位置上。
12.根据权利要求11所述的光学部件的制造方法，其中，在所述步骤(a)中，将所述尖状部形成在所述基体上。
13.根据权利要求11所述的光学部件的制造方法，其中，在所述步骤(a)中，在所述基体的上方形成覆盖层，在覆盖层上形成所述尖状部。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的光学部件的制造方法，
其中，
在所述光学表面的下方设置具有发光元件或受光元件功能的部分。
15.根据权利要求11至13中任一项所述的光学部件的制造方法，
其中，
在所述步骤(a)中，使所述尖状部的尖端形成圆或椭圆，此时，形成所述尖状部，以使所述光学表面的中心与由所述尖状部的尖端构成的圆或椭圆的中心一致。
16.根据权利要求11至13中任一项所述的光学部件的制造方法，
其中，
在所述步骤(a)中，使所述尖状部的尖端形成圆或椭圆，
在所述步骤(c)中，使所述光学构件的截面的最大径比由所述尖状部的尖端构成的圆或椭圆的最大径大。
17.根据权利要求14所述的光学部件的制造方法，其中，
在所述基体上设置凸部，
所述光学表面设置成所述凸部的上表面的至少一部分。
18.根据权利要求17所述的光学部件的制造方法，其中，所述凸部构成所述发光元件或受光元件的至少一部分。
19.根据权利要求11至13中任一项所述的光学部件的制造方法，还包括：
步骤(d)，用密封介质对所述光学构件的周围进行填充。
20.根据权利要求11至13中任一项所述的光学部件的制造方法，
其中，
在所述步骤(b)中，所述液滴的喷吐通过喷墨法进行。
21.根据权利要求11至13中任一项所述的光学部件的制造方法，
其中，
在所述步骤(c)中，所述光学构件前身的固化通过施加能量进行。
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